UL在海上风场完成机舱式激光雷达湍流校验

作者: 杨帆 UL可再生能源

一、前言

在海上风场对功率曲线进行测试时，测风是一个难题: 树立海上测风塔十分昂贵，而机舱式激光雷达尚未得到IEC标准的认可，测得的风速和湍流强度是否精确可靠，能够替代传统风杯式风速计，则一直没有定论。 如果解决了风速数据校验的问题，机舱式激光雷达作为海上测风的解决方案，将为海上测试节省巨大的开支。

近日，UL完成了一项机舱式激光雷达的校验工作，旨在验证激光雷达输出湍流的有效性。被验证的激光雷达是一种四束光的Leosphere WindIris机舱式激光雷达，验证的结果证明了该雷达在经过第三方标定后，测得的风速和湍流都是精确可靠的。

二、校验过程

激光雷达的校验分为两个阶段，第一步是激光雷达的第三方标定。

首先，激光雷达被放置在陆上试验风场30米高的平台上，与邻近两个同样为30米高的测风塔进行比对。

当激光雷达机头设置为正5°的仰角时，激光雷达底部的两束光(LOS2, LOS3)将平行于地面，并分别射向距离178米之外的两个测风塔。激光雷达记录的湍流以十分钟一个统计数据输出，并与计算得到的测风塔湍流均值进行比较，测试比较了近一个月的采集数据。其间，我们对湍流比率（测风塔湍流/雷达湍流）与雷达测得风速的关系进行了分析。

Turbulence intensity ratio vs. Radial LiDAR wind speed

Binned turbulence intensity ratio vs. Radial LiDAR wind speed

测风塔湍流与雷达湍流在测试期间体现了显著的相关性，在3m/s~10m/s的有效风速区间内，湍流比率接近于1，并均在[1±5%]的置信区间内。

第二步是把经过标定后的激光雷达安装在真实的海上风场。

我们把该激光雷达安装在兴化湾某测试风机上。激光雷达记录的风速，湍流会以十个距离门分别输出。因此，我们在第二阶段的测试中，验证了不同距离门对湍流信号准确性的影响。测试持续了两个月的时间，并剔除了扇区对湍流的影响。

Overview of the test site and the surrounding terrain, including the position of the assessed turbine

Range gate comparison (50m, 120m, 240m, 360m), LiDAR turbulence vs. LiDAR wind speed

可以说，经过统计数据对比说明，距离门对湍流没有显著影响。

三、结论

通过陆上及海上风场测试结果表明，激光雷达湍流可以有效溯源到风杯式测量仪湍流，并且在3m/s~10m/s的风速区间内，5%~25%的有效湍流区间内，激光雷达与风杯式测量仪呈线性关系，且湍流比率接近于1，并且在可用风速范围内保持稳定。

此次UL对于机舱式激光雷达湍流的验证，将为海上风机型式测试提供经济且有效的解决方案。目前，UL已经为众多客户提供了激光雷达验证、海上测风、基于机舱式激光雷达的功率曲线测试的服务项目。